WO2022233936A2 - Dosierkopf und dosiersystem zur aufnahme und dosierung eines mediums - Google Patents

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Christian FREESE
Peter Spang
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Definitions

  • Dosing head and dosing system for receiving and dosing a
  • the invention relates to a dosing system with a dosing head for receiving and dosing a medium, which has a media access, one or more output terminals, each with a media output, and fluid lines connecting the media access to the media output of the one or more media outputs of the multiple output terminals.
  • the invention can be classified both in the field of pipetting heads and in the field of fluidic lab-on-a-chip systems.
  • the prior art in these areas can be found, for example, in the documents US 2014/0219887 A1, DE 102020201 143 A1 or US 2010/0133359 A1.
  • Dosing heads of the type mentioned solve these problems.
  • described Ben is therein a metering device with a metering channel system which extends between a fluid feed opening and a plurality of fluid discharge openings.
  • the fluid to be dosed is fed in via the fluid feed opening and can be dispensed again in a dosed manner via the fluid dispensing openings.
  • Document EP 3 189 897 B1 discloses a hand-held fluid piston pipette with exchangeable pipette tips, which has an ejection mechanism for removing the pipette tips.
  • An ejection mechanism is used for this purpose with a slide that can be moved linearly relative to a pipette receptacle and is designed to push the pipette tip from the pipette receptacle when it is actuated.
  • an external device is provided, which acts on a specially designed control element of the ejection mechanism. In this way, a semi-automatic pipette tip ejection is implemented.
  • Fluidic interfaces for connecting a microfluidic chip are usually permanently installed in the operator device.
  • positioning pins and a mechanism for positioning the chip and sealing the interface are necessary for the reliable connection of the operator device with the microfluidic cartridge.
  • Many chip systems have a complex infrastructure for dividing samples or reagents, as well as mixed structures and other functional structural units (including valves).
  • the fluidic interfaces and the chip structure are therefore complex. Process sequences to be processed for complex protocols are complex and error-prone, e.g. Partly not feasible either, especially if large sample volumes are to be assumed, which are subsequently processed in the system to form small analyte volumes. Production is time-consuming and expensive. In particular, the automated equipping of the chip system with reagents is difficult.
  • the operator devices and chip systems are rigid in their application, since they are each designed for fixed, ie recurring processes. In this respect, there is a lack of flexibility.
  • the task is to provide a highly automatable dosing system for a wide range of applications.
  • a dosing system with a dosing head for receiving and dosing a medium and at least one connector, the dosing head having a media access, one or more output terminals, each with a media outlet and the Media access with the media outlet of the one or the media outlets of the several output terminals connecting fluid lines, wherein the one or more output terminals each have a connection structure for receiving and a locking element for releasably fixing a connection piece in each case, the connection piece having a fluid channel and a connection structure, wherein the connection structure of the output terminal and the connection structure of the connecting piece can be plugged into one another in an insertion direction and the fluid channel and the media outlet communicate fluidically in the plugged-in state, the locking element in and/or on the output terminal being transferrable from a locking position to a release position and vice versa is arranged, and wherein the locking element in the locking position locks the connecting piece in a plugged-in state and releases it in the release position.
  • the dosing head can be set up to dispense different media. This includes reagents or also transport media, such as air, or rinsing media. From a functional point of view, one of the media can be used as an actuator and one or the other can be consumable media. Irrespective of the media function and the state of aggregation, the terms dosing, distribution, moving, transporting or even conveying are used here for the conveyance of the media through the fluidic structure.
  • Preparatory work outside of the microfluidic cartridge can be carried out in units between 1-10,000 pL in the dosing head according to the invention.
  • volumes on the microfluidic cartridge can then be processed in much smaller volumes of typically 10 - 500 pL.
  • the volumes to be moved per process step are therefore preferably in the range of less than 10 ml, when operating a microfluidic cartridge preferably less than or equal to 1 ml and greater than or equal to 1 pL.
  • the smallest structure sizes of the fluid structure transverse to the direction of flow are less than 5 mm, preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm.
  • the dosing head has a substrate, for example made of a polymer material, metal, non-ferrous metal, silicon, glass or ceramic, in which the fluid lines are formed as channels.
  • the output terminals are preferably integrally formed on the substrate.
  • the dosing head can be produced using embossing, injection molding or deep-drawing technology or using additive manufacturing processes (3D printing).
  • the fluidic structures can also be drilled in sections or incorporated into the substrate material by means of eroding processes.
  • Media inlets, media outlets and fluid lines are in contact with the media and are summarized here in addition to other media-carrying elements under the term fluidic structure.
  • the functional unit of the dosing head around the media outlets is called the output terminal.
  • the dosing head can be used, for example, as a single or multi-channel pipette. However, its application is not limited to liquid transfer with pipette tips. Rather, the dosing head can also be equipped with other connecting elements via the connection piece.
  • the connection piece is accordingly set up to accommodate a connecting element. Examples of possible connection elements are: Sealing elements, in particular sealing rings, pipette tips, capillaries, dosing needles, cannulas, Luer connectors, channel openings with sealing elements, nozzles or microfluidic head adapters.
  • the media are dispensed from the dosing head into a connected carrier substrate, such as a microtiter plate, or a microfluidic cartridge via the connecting element.
  • a connecting element is used between one or preferably several Connection terminals and one or preferably more inputs of a microfluidic cartridge called. Accordingly, it is specifically adapted for use with a specific microfluidic cartridge.
  • An elastomer seal or a molded elastic sealing element, for example in the form of a sealing lip, or simply a conical or flat sealing surface can be considered as the sealing element for the duct mouth.
  • the dosing head has a plurality of connection terminals and these can be controlled separately from one another, it can also be equipped with different connecting elements at the same time and/or remain partially unequipped.
  • the invention creates the basis for universal application of the dosing head and in particular for providing a number of different fluidic connection options between the dosing head and a carrier substrate, such as a microtiter plate or with a microfluidic cartridge, depending on which application the dosing head is currently serving .
  • the connecting piece not only serves as a universal adapter for accommodating a large number of connecting elements, but at the same time ensures that the ejection function works reliably independently of the respective connecting element.
  • connection structures of the output terminal and the connection piece are first of all insertion aids that make it easier to insert the connection piece into the output terminal or vice versa and ensure a fluid connection between the fluid channel of the connection piece and the media outlet of the output terminal by means of a certain form fit.
  • the locking element is an element that can be moved between at least two positions in and/or on the output terminal and has the function that Connector either to keep the output terminal or to release it for the purpose of change.
  • the locking element can be integrally (monolithically) connected to the output terminal. For example, it can be movably arranged on this by means of a solid joint. It can also be designed as an elastic snap connection. Alternatively, the locking element can be designed as a separate component.
  • the locking element is preferably arranged in and/or on the output terminal so that it can be transferred from the release position into an ejection position, the locking element comprising an ejection means which is set up to move the connecting piece counter to the plug-in direction when transferring to the ejection position.
  • the locking element also embodies an ejector, which moves the connection piece (including the connecting element) after use in the opposite direction to the insertion direction, and thus actively ejects it. This is particularly advantageous if the connecting piece is released from the output terminal, for example due to adhesion or clamping despite release, not solely due to gravity.
  • the output terminal preferably has a first sealing element and the connecting piece has a second sealing element, with the first and the second sealing element being pressed against one another in a fluid-tight manner in the locking position.
  • the first sealing element can be, for example, a sealing surface or a sealing lip or an elastomeric seal which, in the connected state, bears against a complementary sealing element of the second sealing element, or vice versa.
  • the first and second sealing elements enclose corresponding openings of the media outlet and the fluid channel arranged.
  • This form of sealing has the particular advantage that with two media outlets and two corresponding fluid channels, the two fluid lines are sealed separately and there is no mixing of the media at the interface.
  • first and second sealing elements are preferably axially acting sealing elements in the direction of insertion. Due to the lack of clamping, axial seals have the advantage over radial seals or conical seals that the connection piece can be detached more easily from the output terminal in the release position.
  • connection structure of the connection piece comprises a cylindrical shank and the connection structure of the output terminal comprises a corresponding cylindrical bore into which the shank can be inserted.
  • the locking element is slidably guided along a guide line transversely to the insertion direction between the locking position and the release position. This is a translatory movement.
  • Another embodiment provides a rotary guide, with the locking element forming a type of rotary switch.
  • the locking element preferably comprises at least two bolts extending along the guide line and the output terminal at least two corresponding guides in each case, in which the bolts are displaceably guided. Through this, the locking element is moved linearly along the guide and is better secured against tilting by a double guide.
  • the at least two latches in the locking position are preferably arranged in a fork-like manner encompassing the shaft, which provides the prerequisite for a symmetrical introduction of force when pressing in the locking position and when ejecting.
  • connection structure of the connection piece has an undercut and at least one bolt is arranged engaging the undercut in the locking position.
  • the undercut of the connection piece is a constructive element, which in the locking position menwirkt together with the Verriege treatment element form-fitting shape, the connection piece does not come out of the receptacle, d. H. the connection structure of the output terminal.
  • the undercut can be designed, for example, in the form of a groove, a bore or other opening, a projection or a shoulder in the connection structure, in particular in the shaft
  • At least one bolt has a pressing cam protruding in the direction of insertion, which acts on the undercut in the locking position.
  • the pressure cam is so pronounced that it presses the sealing element of the connecting piece against the sealing element of the output terminal with elastic deformation by introducing force in the direction of insertion via the undercut into the connecting piece.
  • One of the sealing elements or the locking bar or the pressure cam itself can be deformed, depending on how the deformability of the individual elements is designed. What is decisive is that the connection piece is coupled to the output terminal in a fluid-tight manner in this way in the locked position.
  • a correspondingly effective pressure cam could also be designed as a rotary locking element, for example in the form of an eccentric.
  • At least one latch has an ejection cam that protrudes counter to the insertion direction and forms the ejection means.
  • the ejection cam interacts with a surface (height, end face, etc.) of the connection piece and applies a force counter to the insertion direction, which moves the connection piece counter to the insertion direction and thus actively ejects it.
  • a correspondingly acting ejection cam could also be formed on a rotary locking element, for example in the form of an eccentric.
  • the pressing cam and the ejection cam are offset from one another along the guide line.
  • the pressure cam and the ejection cam would have to be angularly offset.
  • the locking element preferably comprises four bolts extending along the guide line and spanning four parallel edges of a rectangular cuboid
  • the output terminal comprises four corresponding guides in each case, in which the bolts are displaceably guided. Flier this ensures an even better defined guidance in two spatial directions.
  • Two of the four bars particularly preferably define a first plane perpendicular to the direction of insertion and the other two of the four bars define a second plane perpendicular to the direction of insertion, with the first plane facing the connection piece in relation to the direction of insertion and spaced therefrom, the second plane faces the dosing head is.
  • the two bars defining the first plane each have the pressing cam protruding in the direction of insertion and the two bars defining the second plane each have the ejection cam protruding counter to the direction of insertion.
  • the connecting piece particularly preferably has a universal receptacle on a side facing away from the connecting structure of the connecting piece, which is set up to accommodate at least two connecting elements with different connecting structures.
  • the connecting piece is suitable for receiving a connecting element in a fluid-tight manner.
  • it has a sealing element which can be formed by a sealing surface or a sealing lip or an elastomeric seal which, in the connected state, rests against a complementary sealing element of the connec tion element.
  • the connecting piece can, for example, comprise a truncated cone-shaped attachment as a receptacle, onto which a pipette tip with a complementary inner surface can be attached directly in a fluid-tight manner. A seal is then achieved across the abutting cone surfaces.
  • the connecting piece can also have a bore or a conical depression as a receptacle into which, for example, a cannula with a complementary outer surface can be inserted in a fluid-tight manner.
  • the cone of the sealing surfaces of the connecting piece on the one hand and of the connecting element on the other hand is designed in such a way that the connecting element is fixed non-positively by clamping on or in the respective receptacle of the output terminal or the connecting piece.
  • connection piece comprises a plurality of different such sealing surfaces for receiving connection elements with different sealing surfaces in a fluid-tight manner.
  • the connecting piece can also comprise a locking element which interacts with a complementary locking element on the connecting element in such a way that the connecting element is held in a form-fitting manner on the connecting piece in the connected state.
  • a locking element which interacts with a complementary locking element on the connecting element in such a way that the connecting element is held in a form-fitting manner on the connecting piece in the connected state.
  • the one or more output terminals each have at least two fluidically separate media outlets and that the connection piece has at least two fluidically separate fluid channels, with each of the at least two fluid channels each having one of the at least two media outlets fluidly in the plugged-in state communicates. Because the one or more output terminals each have at least two media outlets, different terminals can, for example, output different media at the same time and/or sequentially different media.
  • the output terminal also preferably has a first sealing element and the connecting piece has a second sealing element, the first and second sealing elements being pressed against one another in a fluid-tight manner in the locking position and the first and second sealing elements having corresponding openings of each media outlet of the at least two Media outlets and each fluid channel of the at least two fluid channels are arranged separately enclosing. Flowing through, the fluids or media present at the media outlets can be transported fluidically separately up to the mouth of the fluid channels in the connecting elements.
  • connection piece optionally has a functional element integrated into the fluid channel, in particular an actively controllable element for manipulating and/or detecting the medium, a passive mixing structure, an activatable mixer, a heating device, a cooling device, a passive or controllable magnets, an electrode, a temperature sensor and/or a restraining means an inflow of fluids from the microfluidic cartridge into the dosing head.
  • a functional element integrated into the fluid channel in particular an actively controllable element for manipulating and/or detecting the medium, a passive mixing structure, an activatable mixer, a heating device, a cooling device, a passive or controllable magnets, an electrode, a temperature sensor and/or a restraining means an inflow of fluids from the microfluidic cartridge into the dosing head.
  • connection piece for holding back an inflow of fluids from the microfluidic cartridge into the dosing head means that this means is assigned to the connection piece designed for single use and is disposed of with the connection piece after use. This further reduces the risk of contamination.
  • the output terminal and/or the connecting element can also have means for holding back an inflow of fluids through the media outlets into the dosing head. This would reduce the probability of entry of a fluid contaminated with the sample to be examined, for example, in every stage from the connecting element via the connecting piece to the dosing head.
  • both the connecting element and the connection piece are designed for single use, it is only decisive that the sample to be analyzed must never get from the microfluidic cartridge, which is also designed for single use, to the dosing head, whereas consumable media in the dosing head or in the Connection element could be premixed in a timely manner and then metered out.
  • the output terminal and the locking element are preferably set up for the automatic ejection of a connecting piece.
  • a spindle drive, a solenoid or the like can be used as a drive.
  • the drive can be located in the dosing head itself or externally.
  • a metering head for receiving and metering a medium as part of the metering system described above, which metering head has a media access, one or more output terminals with a media outlet and has fluid lines connecting the media access to the media outlet of the one or more media outlets of the several output terminals, wherein the one or more output terminals each have a connection structure for receiving and a locking element for releasably fixing a connection piece in each case, the connection structure being set up Record connector in an insertion direction, wherein the locking element is guided in the output terminal along a guide line transverse to the insertion direction between a locking position and a release position.
  • connection piece as part of the dosing system described above, the connection piece having a fluid channel, a connection structure for connection to an output terminal of a dosing head and a sealing surface for a connection element.
  • the connecting element is preferably selected from the group consisting of a pipette tip, capillary, dosing needle, cannula, Luer connector, channel opening with sealing element, nozzle and microfluidic head adapter.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a dosing system with a dosing head and connecting pieces used
  • FIG. 2 shows the dosing head according to FIG. 1 with the connections removed
  • FIG. 3 is an enlarged side sectional view of one embodiment of a dispensing terminal;
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the output terminal according to FIG. 5, viewed from below;
  • Figure 5 is an enlarged view of the connector
  • FIG. 6 shows a locking element belonging to the dosing head
  • Figure 7 is an enlarged view of a second connector
  • Figure 8 is an enlarged view of a third connector
  • FIG. 9 shows an enlarged view of a fourth connection piece
  • FIG. 10 shows the connecting piece according to FIG. 10 with the connecting element
  • FIG. 11 shows a fifth connecting piece with connecting element
  • Figure 12 shows a sixth connector with connecting element
  • FIG. 13 shows the sixth connection piece according to FIG. 12 with a connected microfluidic cartridge.
  • the dosing system 100 comprises a dosing head 110.
  • the dosing head 110 has a substrate 111 in which fluidic structures are formed.
  • the fluid structures in the dosing head 110 include two media accesses (not shown) for receiving two media, four output terminals 114 for outputting the media and the fluid lines connecting the media accesses with the output terminals 114 116, 177.
  • Each of the output terminals 114 has two fluidly separate media outlets 118, 119, see Figure 3.
  • This embodiment of the dosing head 110 does not contain any further functional elements and is used solely to distribute two media to the four media outlets 118, 119 of the four output terminals 114.
  • the fluid lines 116, 117 can, for example, be used for the separate output of a transport medium supplied via the first media access (e.g. air) and a reagent medium supplied via the second media access.
  • a distribution structure for the purpose of distribution, a distribution structure is provided in which the fluid lines 116, 117 connected to the media inlets each branch into four line branches each connected to a media outlet 118, 119.
  • the distribution structure comprises three single branches for each fluid line 116, 117, at which point the branching fluid lines 116, 117 each split into two line branches.
  • the dosing system 100 further includes four identical fittings 150.
  • Each of the fittings 150 serves as an adapter between the output terminals 114 of the dosing head 110 and a connector (not shown).
  • the connection pieces are inserted in an insertion direction 156 into the output terminals 114 of the dosing head 110 and are locked in place by means of locking elements 170 that are displaceably guided along a guide line 172 in the dosing head 110 .
  • Figure shows the connecting pieces 150 in the inserted state.
  • FIG. 2 shows the dosing head 110 with the connecting pieces 150 pulled out counter to the insertion direction 156 .
  • the locking element 170 is moved along the guide line 172 in the direction of the dosing head 110 into a release position.
  • connection piece 150 is designed so that they can be ejected automatically or manually. It is provided that the connection piece 150 is changed together with the connecting element after use. The interaction between the locking element 170 and the connecting piece 150 for the purpose of ejecting the same is explained in more detail in connection with FIG.
  • the output terminal 114 from Figures 1 and 2 is shown in side section and from below.
  • the output terminal 114 has a connection structure 130 for receiving and a locking element (170, not shown here) for releasably fixing the connecting piece 150 on.
  • the connecting structure 130 is formed by a cylinder bore 131 with a coaxial centering pin 132, between which an annular gap 133 is formed.
  • the connection piece 150 has a complementary connection structure 154 with a projection in the form of a flea cylinder 155, which forms a cylindrical shaft and can be inserted into the annular gap 133 in a form-fitting manner in the insertion direction 156.
  • the centering pin 132 has a centering cone 134 for easier insertion of the connecting piece 150 .
  • the connecting piece 150 has two radially opposite, parallel guide grooves 158 in the outer wall of the floating cylinder 153 .
  • the output terminal 114 has two fluidly separate media outlets 118, 119, which are located one behind the other perpendicularly to the plane of representation in FIG.
  • the connecting piece 150 has two corresponding fluid channels 152, 153 which are also fluidically separate, with each fluid channel being channel 152, 153 of the connection piece 150 with one of the media outlets 118,
  • the output terminal 114 has a recess 138 on its underside for receiving a first sealing element in the form of an oval elastomer disc (not shown).
  • the first sealing element is preferably non-detachably connected to the output terminal. It has two openings, each of which is completely surrounded by the elastomer material and which correspond to the mouths of the two media outlets 118, 119.
  • the connection piece has a second sealing element in the form of a sealing surface 160 on the bottom of the Flohl cylinder 155, which completely surrounds the two mouths of the two fluid channels 152, 153 in each case.
  • the first and second sealing elements are corresponding openings of each media outlet and each fluid channel separately, i. H.
  • first and the second sealing element are pressed against one another in a fluid-tight manner in the locking position, they form an axial seal which continues the fluid lines 116, 117 in the dosing head fluidically isolated from one another into the two fluid channels 152, 153.
  • the connector 150 serves as an adapter between the output terminal 114 and a connector (not shown). It has different stepped external cross-sections 162, 163 for accommodating different connecting elements.
  • the connecting piece 150 can therefore be referred to as a universal adapter, with the various external cross sections 162, 163 forming a universal receptacle.
  • Complementary conical sealing surfaces 164, 165 serve as the sealing element between the connecting piece 150 and the connecting element.
  • the cone of the sealing surfaces of the connecting piece 150 and the connecting element is designed such that the connecting element is fixed positively on or in the respective receptacle.
  • each outer cross section there is also a locking element in the form of an annular groove 166, 167 assigned, which interacts with a complementary latching element in the form of an internal annular bead on the connecting element of the shape that the connecting element is held in the connected state in a form-fitting manner on the connection piece 150.
  • the locking element 170 has, according to FIG.
  • the output terminal 114 comprises four corresponding guides in the form of guide channels 136, in which the bolts 174, 175, 176, 177 are guided in a translatory, i.e. displaceable, manner along the guide line 172 between a locking position, a release position and an ejection position.
  • Two of the four bolts 174, 175 define a first plane perpendicular to the plug-in direction 156, which in relation to the plug-in direction 156 is facing the connecting piece 150.
  • the two latches 174, 175 defining the first level engage in the guide grooves 158 in the outer wall of the floating cylinder 153 of the connection piece 150, which correspond to the inserted state, whereby the locking element 170 locks the connection piece 150 in place.
  • the other two of the four bolts 176, 177 define a second plane perpendicular to the direction of insertion 156, which faces the dosing head 110 in relation to the direction of insertion 156.
  • the two bars 174, 175 defining the first plane each have a pressing cam 178 protruding in the direction of insertion 156 and a clearance 180 for the floating cylinder 155 of the connection piece 150.
  • the pressure cams 178 engage the downward-pointing surfaces 159 of the guide grooves 158, which form a flinter cut.
  • the pressure cams 178 are so pronounced that they are through a Application of force in the direction of insertion via the surfaces 159 or undercut in the connection piece 150 presses the sealing surface 160 of the connection piece 150 with elastic deformation of the elastomer disc against the output terminal 114. In this way, the connector 150 is fluid-tightly coupled to the output terminal 114 .
  • the two latches 176, 177 defining the second plane each have an ejection cam 179 protruding counter to the insertion direction 156.
  • the pressure cams 178 and the ejection cams 179 are along the guide line 172 offset from one another.
  • the ejection cams 179 are shaped in such a way that, in a manner similar to the pressing cams 178, they act on the upward-pointing end face 161 of the connection piece 150 when the locking element 170 is transferred into the ejection position.
  • the ejection cams 179 introduce a force directed counter to the direction of insertion 156 into the connecting piece 150 , which moves it counter to the direction of insertion 156 . So that the connection piece 150 can be ejected in the process, the clearances 180 release the shaft or the hollow cylinder 155 of the connection piece 150 in the ejection position.
  • the connecting piece 250 shown in FIG. 7 has two initially fluidically separate fluid channels 252, 253, with each fluid channel 252, 253 of the connecting piece 250 communicating fluidly with one of the media outlets 118, 119 of the output terminal 114 in the inserted state.
  • the connection structure 254 the hollow cylinder 255, the guide grooves 258, the undercut 259, the sealing surface 260, the end face 261 pointing upwards, the stepped external cross sections 262, 263, the conical sealing surfaces 264, 265 and the annular grooves 266, 267 are identical in design to the connection piece 150. It differs in that it has a mixed structure 268 as an integrated functional element in its lower section downstream following the fluid channels 252, 253. ment.
  • the mixing structure is designed as a so-called Kenics mixer.
  • the connecting piece 350 shown in FIG. 8 is, with regard to the fluid channels 352, 353, the connecting structure 354, the floating cylinder 355, the guide grooves 358, the flinter cut 359, the sealing surface 360, the end face 361 pointing upwards, the stepped external cross sections 362, 363, of the conical sealing surfaces 364, 365, the annular grooves 366, 367 and the mixing structure 368 are identical to the connection piece 250. It differs in that it is adjacent to the fluid channels 352, 353 and in parts to the mixing structure 368 as a second integrated functional element Temperature sensor 369 has.
  • the connecting piece 1050 shown in FIG. 9 again has two fluid channels 1052, 1053 which are fluidically separate throughout and which communicate fluidically with one of the media outlets 118, 119 of the output terminal 114 in the inserted state.
  • the connection structure 1054, the hollow cylinder 1055 and the guide grooves 1058, as well as the sealing surface 1060 is identical to those of the two previous examples according to FIGS. is designed as a cone and is suitable for receiving, for example, a dosing needle 1070 as a connecting element, as shown in FIG.
  • connection piece 1250 shown in FIG. 11 again has an identical connection structure 1254 to all the examples described above. In contrast to these, it has only one fluid channel 1252 which, when inserted, communicates fluidly with one of the media outlets 118, 119 of the output terminal 114.
  • the 1250 fitting is different also again with respect to the receptacle 1268, which is designed here to accommodate capillaries 1272 as a connecting element.
  • connection piece 1350 shown in FIG. 12 again has an identical connection structure 1354 to all the examples described above. It also again has two continuously fluidically separate fluid channels 1352, 1353, which in the plugged-in state communicate fluidly with one of the media outlets 118, 119 of the output terminal 114. In contrast to the other examples, it differs again with regard to the receptacle 1368, which is designed here to accommodate an elastomer seal 1374 as a sealing element and a centering element in the form of a hollow-cylindrical centering pin 1376. As can be seen in FIG.
  • the connecting piece 1350 with the elastomer seal 1374 is placed on the surface of a microfluidic cartridge 1380 in a fluid-tight manner, with the pins 1376 ensuring precise alignment of the openings of the fluid channels 1352, 1353 with the fluid inlets in the cartridge.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem (100) mit einem Dosierkopf (110) zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums und einem Anschlussstück (150), wobei der Dosierkopf (110) einen Medienzugang, ein Ausgabeterminal (114) einem Medienausgang (118, 119) und den Medienzugang mit dem Medienausgang (118, 119) verbindende Fluidleitungen (116, 117) aufweist, wobei das Ausgabeterminal (114) eine Verbindungsstruktur (130) zur Aufnahme und ein Verriegelungselement (170) zur lösbaren Fixierung von einem Anschlussstück (150) aufweist, wobei das Anschlussstück (150) einen Fluidkanal (152, 153) und eine Verbindungsstruktur (154) aufweist, wobei die Verbindungsstruktur (130) des Ausgabeterminals (114) und die Verbindungsstruktur (154) des Anschlussstücks (150) in einer Einsteckrichtung (156) ineinander steckbar sind und im eingesteckten Zustand der Fluidkanal (152, 153) und der Medienausgang (118, 119) fluidisch kommunizieren, wobei das Verriegelungselement (170) aus einer Verriegelungsstellung in eine Freigabestellung und umgekehrt überführbar angeordnet ist, und wobei das Verriegelungselement (170) in der Verriegelungsstellung das Anschlussstück (150) im eingesteckten Zustand arretiert und in der Freigabestellung freigibt.

Description

Dosierkopf und Dosiersystem zur Aufnahme und Dosierung eines
Mediums
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem mit einem Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums, der einen Medienzugang, ein oder mehrere Ausga beterminals mit jeweils einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienausgängen der mehreren Ausgabe terminals verbindende Fluidleitungen aufweist.
Die Erfindung ist sowohl in das Gebiet der Pipettierköpfe als auch in das Gebiet der fluidischen Lab-on-a-Chip-Systeme einzuordnen. Stand der Technik auf diesen Gebieten ist beispielsweise in den Dokumenten US 2014/0219887 A1 , DE 102020201 143 A1 oder US 2010/0133359 A1 zu finden.
Es sind Pipetten und Mehrkanalpipetten bekannt, die nach dem Hubkolbenprin zip arbeiten. Hiermit assoziierte Probleme sind, dass der Einsatz solcher Pipet ten auf vorgegebene Volumina beschränkt ist, so dass verschiedene Pipettenty pen für verschiedene Volumina verwendet werden müssen, wobei diese wiede rum verschiedene Größen an Pipettenspitzen aufnehmen. Anders gesagt ge nügt für das exakte Pipettieren von Flüssigkeiten mit verschiedenen Volumina nicht nur eine einzige Mehrkanalpipette bzw. ein einziger Mehrkanalpipetten kopf. Dies macht das Verwenden dieser Pipettentypen insbesondere Mehrka nalpipetten in automatisierten Pipettiersystemen aufwendig. Diese Hubkolbenpi petten sind zudem auf ein bestimmtes Druckniveau fixiert, der Druck kann also nicht variiert werden.
Dosierköpfe der eingangs genannten Art lösen diese Probleme. Beispielhaft wird auf die Offenlegungsschrift DE 10 2020 201 143 A1 verwiesen. Beschrie- ben ist darin eine Dosiervorrichtung mit einem Dosierkanalsystem, das sich zwischen einer Fluid-Einspeiseöffnung und einer Mehrzahl von Fluid- Ausgabeöffnungen erstreckt. Das zu dosierende Fluid wird über die Fluid- Einspeiseöffnung eingespeist und kann über die Fluid-Ausgabeöffnungen in dosierter Weise wieder ausgegeben werden. Es wurde auch als prinzipiell mög lich erkannt, das Dosierkanalsystem mit mehreren Fluid-Einspeiseöffnungen auszustatten, um eine gleichzeitige mehrfache Einspeisung des zu dosierenden Fluides oder unterschiedlicher Fluide zu ermöglichen, die innerhalb des Dosier kanalsystems gemischt werden können. Auf diese Weise wird die dosierte Aus gabe eines Fluides in Trägersubstrate, beispielsweise in sogenannte Mikrotiter platten, auf teilweise automatisierte und effiziente Weise ermöglicht.
Aus der Schrift EP 3 189 897 B1 ist eine handgehaltene Flubkolbenpipette mit wechselbaren Pipettenspitzen bekannt, die einen Abwurfmechanismus zum Entfernen der Pipettenspitzen aufweist. Dazu dient ein Abwurfmechanismus mit einem relativ zu einer Pipettenaufnahme linear beweglichen Schieber, der dazu ausgebildet ist, bei Betätigung die Pipettenspitze von der Pipettenaufnahme zu schieben. Zum Betätigen des Abwurfmechanismus ist ein externes Gerät vorge sehen, das an einem eigens dafür vorgesehenen Bedienelement des Abwurf mechanismus angreift. Auf diese Weise wird ein halbautomatischer Pipetten spitzenabwurf realisiert.
Weder die bekannten Dosierköpfe noch die zuvor beschriebenen Pipetten und Mehrkanalpipetten erlauben das Ablassen von Flüssigkeiten in einzelnen Kanä len zu unterschiedlichen Zeiten. Auch sind aus dem Stand der Technik keine Pipettensysteme bekannt, bei denen unterschiedliche Pipettenspitzen zum Einsatz kämen oder mittels automatischer Pipettenspitzenabwurfmechanismen abgeworfen werden könnten. Die bekannten Dosier- oder Pipettensysteme sind daher für einen universellen Einsatz nur eingeschränkt tauglich. Anders als bei der Ausgabe von Fluiden in Mikrotiterplatten wird die Fluidik bei der Ansteuerung von mikrofluidischen Lab-on-Chip-Systemen überwiegend über mindestens eine in einem Betreibergerät verbaute Spritzenpumpe oder ähnli ches betrieben. Fluidische Schnittstellen zum Anschluss eines mikrofluidischen Chips, hierin auch unter dem allgemeineren Begriff „Analysekartusche“ sub- summiert, sind meistens fest in dem Betreibergerät verbaut. Für die zuverlässi ge Verbindung des Betreibergeräts mit der mikrofluidischen Kartusche sind beispielsweise Positionsstifte und ein Mechanismus zum Positionieren des Chips und Abdichten der Schnittstelle notwendig. Viele Chipsysteme besitzen eine komplexe Infrastruktur zum Aufteilen von Proben oder Reagenzien, sowie Mischstrukturen und sonstige funktionelle Struktureinheiten (u. a. Ventile). Die fluidischen Schnittstellen und der Chipaufbau sind daher komplex. Abzuarbei tende Prozessabläufe bei aufwendigen Protokollen sind komplex und fehleran fällig, z. T. auch nicht umsetzbar, insbesondere, wenn von großen Probenvolu mina ausgegangen werden muss, die nachfolgend im System zu kleinen Analyt- volumina prozessiert werden. Die Fertigung ist zeitaufwendig und kostspielig.. Insbesondere die automatisierte Bestückung des Chipsystems mit Reagenzien stellt sich als schwierig dar. Zudem sind die Betreibergeräte und Chipsysteme starr in ihrer Anwendung, da Sie jeweils für feste, d. h. immer wiederkehrende Abläufe konzipiert sind. Es mangelt insofern an Flexibilität.
Diese und zahlreiche weitere Probleme werden durch die Erfindung gelöst, die deshalb in einem erheblich erweiterten Aufgabengebiet einsetzbar ist. Die Auf gabe ist demgemäß ein hochgradig automatisierbares Dosiersystem für ein breites Anwendungsspektrum bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Dosier system mit einem Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums und wenigstens einem Anschlussstück, wobei der Dosierkopf einen Medienzugang, ein oder mehrere Ausgabeterminals mit jeweils einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienausgängen der mehreren Ausgabeterminals verbindende Fluidleitungen aufweist, wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals jeweils eine Verbindungsstruktur zur Aufnahme und ein Verriegelungselement zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück aufweist, wobei das Anschlussstück einen Fluidkanal und eine Verbindungsstruktur aufweist, wobei die Verbindungsstruktur des Ausgabe terminals und die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks in einer Einsteck richtung ineinander steckbar sind und im eingesteckten Zustand der Fluidkanal und der Medienausgang fluidisch kommunizieren, wobei das Verriegelungsele ment in und/oder an dem Ausgabeterminal aus einer Verriegelungsstellung in eine Freigabestellung und umgekehrt überführbar angeordnet ist, und wobei das Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung das Anschlussstück im ein gesteckten Zustand arretiert und in der Freigabestellung freigibt.
Der Dosierkopf kann zur Ausgabe verschiedener Medien eingerichtet sein. Darunter sind Reagenzien oder auch Transportmedien, wie Luft, oder Spülmedien zu verstehen. Funktional betrachtet kann also eins der Medien als Aktuator genutzt werden und das oder die anderen können Verbrauchsmedien sein. Unabhängig von der Medienfunktion und dem Aggregatszustand werden hierin für die Förderung der Medien durch die Fluidikstruktur vereinheitlichend die Begriffe Dosieren, Verteilen, Bewegen, Transportieren oder eben Fördern verwendet.
Vorbereitende Arbeiten außerhalb der mikrofluidischen Kartusche können im erfindungsgemäßen Dosierkopf in Einheiten zwischen 1 - 10.000 pL ausgeführt werden. Mit dem gleichen Dosierkopf können dann Volumina auf der mikrofluidi schen Kartusche in sehr viel kleineren Volumina von typischerweise 10 - 500 pL prozessiert werden. Die pro Prozessschritt zu bewegenden Volumina liegen daher vorzugsweise im Bereich kleiner 10 ml, bei Betrieb einer mikrofluidischen Kartusche vorzugsweise kleiner oder gleich 1 ml, und größer oder gleich 1 pL. Im erfindungsgemäßen Dosierkopf sind die kleinsten Strukturgrößen der Flu idstruktur quer zur Strömungsrichtung kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner 2 mm, besonders bevorzugt kleiner als 1 mm.
Der Dosierkopf weist ein Substrat, beispielsweise aus einem Polymermaterial, Metall, Nichteisenmetall, Silizium, Glas oder Keramik auf, in dem die Fluidlei tungen als Kanäle ausgebildet sind. Die Ausgabeterminals sind an das Substrat vorzugsweise einstückig angeformt. Beispielsweise kann der Dosierkopf mittels Prägen, Spritzguss- oder Tiefziehtechnik oder mittels additiver Fertigungsver fahren (3D-Druck) hergestellt werden. Wahlweise können die Fluidikstrukturen auch abschnittsweise gebohrt oder mittels Erodierverfahren in das Substratma terial eingearbeitet sein.
Medienzugänge, Medienausgänge und Fluidleitungen stehen mit den Medien in Kontakt und werden hierin neben weiteren medienführenden Elementen unter dem Begriff Fluidikstruktur zusammengefasst. Als Ausgabeterminal wird die funktionale Einheit des Dosierkopfes um die Medienausgänge bezeichnet.
Der Dosierkopf kann beispielsweise als Ein- oder Mehrkanalpipette verwendet werden. Dessen Anwendung ist aber nicht auf den Flüssigkeitstransfer mit Pipettenspitzen beschränkt. Vielmehr kann der Dosierkopf über das Anschluss stück auch mit anderen Verbindungselementen ausgestattet werden. Das An schlussstück ist dementsprechend zur Aufnahme eines Verbindungselements eingerichtet. Als Verbindungselement kommen beispielsweise in Betracht: Dich telemente, insbesondere Dichtringe, Pipettenspitzen, Kapillare, Dosiernadeln, Kanülen, Luer-Verbinder, Kanalmündungen mit Dichtelement, Düsen oder mik- rofluidischer Kopfadapter. Über das Verbindungselement werden die Medien aus dem Dosierkopf in ein konnektiertes Trägersubstrat, wie beispielsweise eine Mikrotiterplatte, oder eine mikrofluidische Kartusche ausgegeben. Als Kopfadap ter wird ein Verbindungselement zwischen einem oder vorzugsweise mehreren Anschlussterminals und einem oder vorzugsweise mehreren Eingängen einer mikrofluidischen Kartusche bezeichnet. Er ist dementsprechend eigens für die Verwendung zusammen mit einer bestimmten mikrofluidischen Kartusche ange passt. Als Dichtelement für die Kanalmündung kann eine Elastomerdichtung oder ein angeformtes elastisches Dichtelement, beispielsweise in Form einer Dichtlippe, oder einfach eine konische oder ebene Dichtfläche in Betracht kom men.
Wenn vorgesehen ist, dass der Dosierkopf eine Mehrzahl von Anschlusstermi nals aufweist, und diese getrennt voneinander ansteuerbar sind, kann er auch gleichzeitig mit unterschiedlichen Verbindungselementen bestückt werden und/oder teilweise unbestückt bleiben.
Die Erfindung schafft die Grundlage für eine universelle Einsatzmöglichkeit des Dosierkopfes und insbesondere dafür, eine Mehrzahl von unterschiedlichen fluidischen Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Dosierkopf und einem Trägersubstrat, wie beispielsweise einer Mikrotiterplatte oder mit einer mikroflui dischen Kartusche bereitzustellen, je nachdem, welche Anwendung der Dosier kopf gerade bedient. Das Anschlussstück dient insofern nicht nur als Universa ladapter zur Aufnahme einer Vielzahl von Verbindungselementen, sondern es sorgt zugleich dafür, dass die Abwurffunktion unabhängig von dem jeweiligen Verbindungselement zuverlässig funktioniert.
Die Verbindungsstrukturen des Ausgabeterminals und des Anschlussstücks sind zunächst einmal Einführhilfen, die ein Einführen des Anschlussstückes in das Ausgabeterminal oder umgekehrt erleichtern und mittels eines gewissen Form schlusses eine fluidische Verbindung zwischen dem Fluidkanal des Anschluss stücks und dem Medienausgang des Ausgabeterminals sicherstellen. Das Ver riegelungselement ist ein zwischen mindestens zwei Stellungen in und/oder an dem Ausgabeterminal bewegbar angeordnetes Element mit der Funktion das Anschlussstück entweder an dem Ausgabeterminal zu halten oder es zwecks Wechsel freizugeben. Das Verriegelungselement kann einstückig (monolithisch) mit dem Ausgabeterminal verbunden sein. Beispielsweise kann es mittels eines Festkörpergelenks beweglich an diesem angeordnet sein. Es kann weiterhin als elastische Schnappverbindung ausgebildet sein. Alternativ kann das Verriege lungselement als separates Bauteil ausgeführt sein.
Bevorzugt ist das Verriegelungselement in und/oder an dem Ausgabeterminal aus der Freigabestellung in eine Auswurfstellung überführbar angeordnet, wobei das Verriegelungselement ein Auswurfmittel umfasst, das eingerichtet ist das Anschlussstück beim Überführen in die Auswurfstellung entgegen der Einsteck richtung zu bewegen.
Somit verkörpert das Verriegelungselement zugleich einen Auswerfer, der das Anschlussstück (samt Verbindungselement) nach Gebrauch entgegen der Ein steckrichtung bewegt, und somit aktiv abwirft. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn sich das Anschlussstück beispielsweise aufgrund von Adhäsion oder einer Klemmung trotz Freigabe nicht allein aufgrund der Schwerkraft von dem Ausga beterminal löst.
Weiterhin weist das Ausgabeterminal bevorzugt ein erstes Dichtelement und das Anschlussstück ein zweites Dichtelement auf, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegeneinander an gedrückt sind. Das erste Dichtelement kann beispielsweise eine Dichtfläche oder eine Dichtlippe oder eine Elastomerdichtung sein, die im verbundenen Zustand an einem komplementären Dichtelement des zweiten Dichtelements anliegt, oder umgekehrt.
Besonders bevorzugt sind die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondie rende Mündungen des Medienausgangs und des Fluidkanals umschließend angeordnet. Diese Form der Abdichtung hat insbesondere den Vorteil, dass bei zwei Medienausgängen und zwei korrespondierenden Fluidkanälen eine separa te Abdichtung beider Fluidleitungen erfolgt und an der Schnittstelle keine Mi schung der Medien stattfindet.
Weiterhin bevorzugt sind die ersten und zweiten Dichtelemente in Einsteckrich tung axial wirkende Dichtelemente. Axialdichtungen haben gegenüber Radial dichtungen oder Konusdichtungen aufgrund fehlender Klemmung den Vorteil, dass sich das Anschlussstück in der Freigabestellung leichter von dem Ausga beterminal lösen lässt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks einen zylinderförmigen Schaft und die Verbindungsstruktur des Ausgabeterminals eine korrespondierende Zylinderbohrung umfassen, in die der Schaft einsteckbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungselement ent lang einer Führungslinie quer zur Einsteckrichtung zwischen der Verriegelungs stellung und der Freigabestellung verschiebbar geführt. Es handelt sich hierbei um eine translatorische Bewegung. Eine andere Ausführungsform sieht eine Drehführung vor, wobei das Verriegelungselement eine Art Drehschalter bildet.
Bevorzugt umfasst das Verriegelungselement wenigstens zwei sich entlang der Führungslinie erstreckende Riegel und das Ausgabeterminal wenigstens zwei jeweils korrespondierende Führungen, in der die Riegel verschiebbar geführt sind. Flierdurch wird das Verriegelungselement entlang der Führung linear be wegt und ist durch eine doppelte Führung besser gegen ein Verkanten gesi chert. Dabei sind die wenigstens zwei Riegel in der Verriegelungsstellung vorzugswei se den Schaft gabelartig umgreifend angeordnet, was die Voraussetzung für eine symmetrische Krafteinleitung beim Andrücken in der Verriegelungsstellung und beim Auswerfen sorgt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Verbindungsstruktur des Anschlussstücks eine Hinterschneidung aufweist und wenigstens ein Riegel in der Verriegelungsstel lung an der Hinterschneidung angreifend angeordnet ist. Die Hinterschneidung des Anschlussstücks ist ein konstruktives Element, welches mit dem Verriege lungselement in der Verriegelungsstellung formschlüssig der Gestalt zusam menwirkt, das Anschlussstück nicht aus der Aufnahme, d. h. der Verbindungs struktur des Ausgabeterminals, entnommen werden kann. Die Hinterschneidung kann beispielsweise in Form einer Nut, einer Bohrung oder sonstigen Öffnung, eines Vorsprungs oder eines Absatzes in der Verbindungsstruktur, insbesonde re in dem Schaft, ausgebildet sein
Bevorzugt weist wenigstens ein Riegel einen in Einsteckrichtung hervorstehen den Andrücknocken auf, der in der Verriegelungsstellung an der Hinterschnei dung angreift. Der Andrücknocken ist so ausgeprägt, dass er durch eine Krafteinleitung in Einsteckrichtung über die Hinterschneidung in das Anschluss stück das Dichtelement des Anschlussstücks unter elastischer Verformung gegen das Dichtelement des Ausgabeterminals andrückt. Verformen kann sich dabei eines der Dichtelemente oder der Riegel oder der Andrücknocken selbst, je nachdem, wie die Verformbarkeit der einzelnen Elemente ausgelegt ist. Ent scheidend ist, dass das Anschlussstück in der Verriegelungsstellung auf diese Weise fluiddicht an das Ausgabeterminal gekoppelt ist. Ein entsprechend wir kender Andrücknocken ließe sich auch einem drehgeführten Verriegelungsele ment, beispielweise in Form eines Exzenters, ausbilden. Weiterhin vorteilhaft weist wenigstens ein Riegel einen entgegen der Einsteck richtung hervorstehenden Auswurfnocken auf, der das Auswurfmittel bildet. In ähnlicher Weise wie der Andrücknocken wirkt der Auswurfnocken mit einer Fläche (Absatz, Stirnfläche, etc.) des Anschlussstücks zusammen und leitet eine Kraft entgegen der Einsteckrichtung ein, die das Anschlussstück entgegen der Einsteckrichtung bewegt, und damit aktiv abwirft. Auch ein entsprechend wirkender Auswurfnocken ließe sich an einem drehgeführten Verriegelungsele ment, beispielweise in Form eines Exzenters, ausbilden.
Besonders bevorzugt sind der Andrücknocken und der Auswurfnocken entlang der Führungslinie versetzt zueinander angeordnet. Im Fall eines drehgeführten Verriegelungselements wären der Andrücknocken und der Auswurfnocken winkelversetzt anzuordnen.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Verriegelungselement vier sich entlang der Führungslinie erstreckende, vier parallele Kanten eines rechteckigen Quaders aufspannende Riegel und das Ausgabeterminal vier jeweils korrespondierende Führungen, in der die Riegel verschiebbar geführt sind. Flierdurch wir eine in zwei Raumrichtungen noch besser definierte Führung sichergestellt. Dabei definieren besonders bevorzugt zwei der vier Riegel eine erste Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung und die beiden anderen der vier Riegel eine zweite Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung, wobei die erste Ebene bezogen auf die Ein steckrichtung dem Anschlussstück zugewandt ist und davon beabstandet die zweite Ebene dem Dosierkopf zugewandt ist.
In diesem Fall weisen die zwei die erste Ebene definierenden Riegel jeweils den in Einsteckrichtung hervorstehenden Andrücknocken und die zwei die zweite Ebene definierenden Riegel jeweils den entgegen der Einsteckrichtung hervor stehenden Auswurfnocken auf. Das Anschlussstück weist besonders bevorzugt auf einer der Verbindungsstruk tur des Anschlussstücks abgewandten Seite eine Universalaufnahme auf, die eingerichtet ist wenigstens zwei Verbindungselemente mit unterschiedlicher Anschlussstruktur aufzunehmen.
Grundsätzlich ist das Anschlussstück geeignet, ein Verbindungselement fluid dicht aufzunehmen. Es weist dazu ein Dichtelement auf, das durch eine Dicht fläche oder eine Dichtlippe oder eine Elastomerdichtung gebildet sein kann, die im verbundenen Zustand an einem komplementären Dichtelement des Verbin dungselementes anliegt. Das Anschlussstück kann beispielsweise einen kegel stumpfförmigen Ansatz als Aufnahme umfassen, auf den eine Pipettenspitze mit komplementärer Innenfläche unmittelbar fluiddicht aufgesteckt werden kann. Eine Abdichtung wird dann über die aneinander anliegenden Kegelflächen erzielt. Das Anschlussstück kann auch eine Bohrung oder eine konische Sen kung als Aufnahme aufweisen, in die beispielsweise eine Kanüle mit komple mentärer Außenfläche fluiddicht eingesteckt werden kann. In der Regel ist der Konus der Dichtflächen des Anschlussstückes einerseits und des Verbindungs elements andererseits so ausgebildet, dass das Verbindungselement kraft schlüssig durch Klemmung auf oder in der jeweiligen Aufnahme des Ausgabe terminals bzw. des Anschlussstückes fixiert ist.
Im Fall einer Universalaufnahme umfasst das Anschlussstück eine Mehrzahl von verschiedenen solcher Dichtflächen zur fluiddichten Aufnahme von Verbin dungselementen mit unterschiedlichen Dichtflächen.
Neben dem Dichtelement kann das Anschlussstück zusätzlich ein Rastelement umfassen, das mit einem komplementären Rastelement an dem Verbindungs element der Gestalt zusammenwirkt, dass das Verbindungselement im verbun denen Zustand formschlüssig an dem Anschlussstück gehalten wird. Wo solche Rastelemente vorhanden sind, umfassen die Begriffe „Universalaufnahme“ und „Anschlussstruktur“ jeweils sowohl die Dichtelemente als auch eben jene Ras telemente.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das eine oder die mehreren Aus gabeterminals jeweils wenigstens zwei fluidisch getrennte Medienausgänge aufweisen und dass das Anschlussstück wenigstens zwei fluidisch getrennte Fluidkanäle aufweist, wobei im eingesteckten Zustand jeder der wenigstens zwei Fluidkanäle mit jeweils einem der wenigstens zwei Medienausgänge flui disch kommuniziert. Dadurch, dass das eine oder mehrere Ausgabeterminals jeweils wenigstens zwei Medienausgänge aufweisen, können unterschiedliche Terminals beispielswiese verschiedene Medien zu gleichen Zeitpunkten und/oder auch sequentiell verschiedenen Medien ausgeben.
Weiterhin bevorzugt weist in diesem Fall das Ausgabeterminal ein erstes Dich telement und das Anschlussstück ein zweites Dichtelement auf, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegenei nander angedrückt sind und wobei die ersten und zweiten Dichtelemente kor respondierende Mündungen jedes Medienausgangs der wenigstens zwei Medi enausgänge und jedes Fluidkanals der wenigstens zwei Fluidkanäle separat umschließend angeordnet sind. Flierdurch können die an den Medienausgängen anstehenden Fluide oder Medien bis zur Mündung der Fluidkanäle in die Ver bindungselemente fluidisch getrennt transportiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschluss stück optional ein in den Fluidkanal integriertes Funktionselement, insbesondere ein aktiv ansteuerbares Element zum Manipulieren und/oder Detektieren des Mediums, eine passive Mischstruktur, einen aktivierbaren Mischer, eine Heizein richtung, eine Kühleinrichtung, einen passiven oder ansteuerbaren Magneten, eine Elektrode, einen Temperatursensor und/oder ein Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosier kopf auf.
Durch das in dem Anschlussstück integrierte Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosierkopf ist dieses Mittel dem für den Einmalgebrauch konzipierten Anschlussstück zuge ordnet und wird mit dem Anschlussstück nach Gebrauch entsorgt. Damit ist die Kontaminationsgefahr nochmals verringert. Zusätzlich oder alternativ zu dem Anschlussstück kann aber auch weiterhin das Ausgabeterminal und/oder das Verbindungselement Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden durch die Medienausgänge in den Dosierkopf aufweisen. Damit würde die Wahr scheinlichkeit eines Eintritts eines beispielsweise mit der zu untersuchenden Probe kontaminierten Fluides in jeder Stufe von dem Verbindungselement über das Anschlussstück bis zum Dosierkopf verringert. Da sowohl das Verbindungs element als auch das Anschlussstück für den Einmalgebrauch konzipiert sind, ist nur entscheidend, dass in keinem Fall die zu analysierende Probe von der ebenfalls für den Einmalgebrauch konzipierten mikrofluidischen Kartusche bis in den Dosierkopf gelangen darf, wohingegen Verbrauchsmedien im Dosierkopf oder in dem Verbindungselement zeitnah vorgemischt und dann ausdosiert werden könnten.
Bevorzugt ist das Ausgabeterminal und das Verriegelungselement zum automa tischen Abwerfen eines Anschlussstückes eingerichtet. Als Antrieb kommen beispielsweise ein Spindeltrieb, ein Flubmagnet oder dgl. in Betracht. Der An trieb kann im Dosierkopf selbst oder extern angeordnet sein.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Dosierkopf zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums als Bestandteil des vorstehend beschriebenen Dosiersystems, welcher Dosierkopf einen Medi enzugang, ein oder mehrere Ausgabeterminals mit einem Medienausgang und den Medienzugang mit dem Medienausgang des einen oder den Medienaus gängen der mehreren Ausgabeterminals verbindende Fluidleitungen aufweist, wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals jeweils eine Verbindungs struktur zur Aufnahme und ein Verriegelungselement zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück aufweisen, wobei die Verbindungsstruktur einge richtet ist das Anschlussstück in einer Einsteckrichtung aufzunehmen, wobei das Verriegelungselement in dem Ausgabeterminal entlang einer Führungslinie quer zur Einsteckrichtung zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Freigabe stellung verschiebbar geführt ist.
Gleichermaßen wird die Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Anschlussstück als Bestandteil des vorstehend beschriebenen Dosiersystems, wobei das Anschlussstück einen Fluidkanal, eine Verbindungs struktur zur Verbindung mit einem Ausgabeterminal eines Dosierkopfes und eine Dichtfläche zur eines Verbindungselementes. Das Verbindungselement ist, wie oben ausgeführt, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pipettenspitze, Kapillare, Dosiernadel, Kanüle, Luer-Verbinder, Kanalmündung mit Dichtelement, Düse und mikrofluidischer Kopfadapter.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dosiersystems mit Dosierkopf und eingesetzten Anschlussstücken;
Figur 2 der Dosierkopf gemäß Figur 1 mit herausgenommenen Anschlus stücken;
Figur 3 eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform eines Ausgabe terminals im seitlichen Schnitt; Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des Ausgabeterminals gemäß Figur 5 in der Ansicht von unten;
Figur 5 eine vergrößerte Ansicht des Anschlussstückes;
Figur 6 ein zu dem Dosierkopf gehöriges Verriegelungselement;
Figur 7 eine vergrößerte Ansicht eines zweiten Anschlussstückes;
Figur 8 eine vergrößerte Ansicht eines dritten Anschlussstückes;
Figur 9 eine vergrößerte Ansicht eines vierten Anschlussstückes;
Figur 10 das Anschlussstück gemäß Figur 10 mit Verbindungselement;
Figur 11 ein fünftes Anschlussstück mit Verbindungselement;
Figur 12 ein sechstes Anschlussstück mit Verbindungselement und
Figur 13 das sechste Anschlussstück gemäß Figur 12 mit angeschlossener mikrofluidischer Kartusche.
Das Dosiersystem 100 gemäß den Figuren 1 bis 4 umfasst einen Dosierkopf 110. Der Dosierkopf 110 weist ein Substrat 111 auf, in dem Fluidikstrukturen eingeformt sind. Die Fluidstrukturen in dem Dosierkopf 110 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel zwei Medienzugänge (nicht dargestellt) zur Aufnahme zweier Medien, vier Ausgabeterminals 114 zur Ausgabe der Medien und die die Medienzugänge mit den Ausgabeterminals 114 verbindenden Fluidleitungen 116, 177. Jedes der Ausgabeterminals 114 weist jeweils zwei fluidisch getrennte Medienausgänge 118, 119 auf, vgl. Figur 3.
Diese Ausführungsform des Dosierkopfes 110 beinhaltet keine weiteren funktio nalen Elemente und dient allein der Verteilung zweier Medien auf die vier Medi enausgänge 118, 119 der vier Ausgabeterminals 114. So können die Fluidlei tungen 116, 117 beispielsweise zur getrennten Ausgabe eines über den ersten Medienzugang zugeführten Transportmediums (z.B. Luft) und eines über den zweiten Medienzugang zugeführten Reagenzmediums genutzt werden.
Zum Zweck der Verteilung ist eine Verteilerstruktur vorgesehen, in der sich die mit den Medienzugängen verbundenen Fluidleitungen 116, 117 jeweils in vier mit je einem Medienausgang 118, 119 verbundene Leitungszweige verzweigen. Die Verteilerstruktur umfasst dazu je Fluidleitung 116, 117 jeweils drei Einfach verzweigungen, an der sich die verzweigenden Fluidleitungen 116, 117 jeweils in zwei Leitungszweige aufteilt. Die jeweils drei Einfachverzweigungen sind so angeordnet, dass in jeder Fluidleitungen 116, 117 jeweils zwei Einfachverzwei gungen in Strömungsrichtung aufeinander folgen, wodurch am Ende die m = 22 Leitungszweige entstehen.
Das Dosiersystem 100 umfasst ferner vier identische Anschlussstücke 150. Jedes der Anschlusstücke 150 dient als Adapter zwischen den Ausgabetermi nals 114 des Dosierkopfes 110 und einem Verbindungselement (nicht gezeigt). Die Anschlussstücke sind gemäß Figur 1 in einer Einsteckrichtung 156 in die Ausgabeterminals 114 des Dosierkopfes 110 eingesetzt und mittels entlang einer Führungslinie 172 in dem Dosierkopf 110 verschiebbar geführter Verriege lungselemente 170 arretiert. Figur zeigt die Anschlussstücke 150 also im einge steckten Zustand. In Figur 2 ist der Dosierkopf 110 mit entgegen der Einsteckrichtung 156 heraus gezogenen Anschlusstücken 150 dargestellt. Zum Zweck der Entnahme der Anschlusstücke 150 sind die Verriegelungselement 170 entlang der Führungsli nie 172 in Richtung des Dosierkopfes 110 in eine Freigabestellung verschoben. Das Ausgabeterminal 114 bzw. das Anschlussstück 150 sind in diesem Beispiel automatisch oder manuell abwerfbar ausgestaltet. Dabei ist vorgesehen, dass das Anschlussstück 150 zusammen mit dem Verbindungselement nach Ge brauch gewechselt wird. Die Wechselwirkung zwischen dem Verriegelungsele ment 170 und dem Anschlussstück 150 zwecks Auswurf desselben wird im Zusammenhang mit Figur 6 noch genauer beleuchtet.
In den Figuren 3 und 4 ist das Ausgabeterminal 114 aus den Figuren 1 und 2 im seitlichen Schnitt bzw. von unten dargestellt. Das Ausgabeterminal 114 weist eine Verbindungsstruktur 130 zur Aufnahme und ein Verriegelungselement (170, hier nicht gezeigt) zur lösbaren Fixierung des Anschlussstücks 150 auf. Die Verbindungsstruktur 130 ist durch eine Zylinderbohrung 131 mit koaxialem Zentrierzapfen 132 gebildet, zwischen denen ein Ringspalt 133 ausgebildet ist. Das Anschlussstück 150 weist gemäß Figur 5 eine komplementäre Verbin dungsstruktur 154 mit einem Ansatz in Form eines Flohlzylinders 155 auf, der einen zylinderförmigen Schaft bildet und in der Einsteckrichtung 156 form schlüssig in den Ringspalt 133 einsteckbar ist. Der Zentrierzapfen 132 weist zum erleichterten Einführen des Anschlussstücks 150 einen Zentrierkonus 134 auf. Ferner weist das Anschlussstück 150 zwei radial gegenüberliegende paral lele Führungsnuten 158 in der Außenwand des Flohlzylinders 153 auf.
Das Ausgabeterminal 114 weist zwei fluidisch getrennte Medienausgänge 118, 119 auf, die senkrecht zur Darstellungsebene der Figur 3 hintereinander liegen. Das Anschlussstück 150 weist zwei korrespondierende, ebenfalls fluidisch ge trennte Fluidkanäle 152, 153 auf, wobei im eingesteckten Zustand jeder Fluid- kanal 152, 153 des Anschlussstücks 150 mit einem der Medienausgänge 118,
119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommuniziert.
Ferner weist das Ausgabeterminal 114 auf seiner Unterseite eine Ausnehmung 138 auf zur Aufnahme eines ersten Dichtelements in Form einer ovalen Elasto mer-Scheibe (nicht dargestellt). Das erste Dichtelement ist vorzugsweise unver lierbar mit dem Ausgabeterminal verbunden. Es weist zwei jeweils vollumfäng lich von dem Elastomermaterial umgebene Öffnungen auf, die mit den Mündun gen der beiden Medienausgänge 118, 119 korrespondieren. Das Anschluss stück weist am Boden des Flohlzylinders 155 ein zweites Dichtelement in Form einer Dichtfläche 160 auf, die die zwei Mündungen der beiden Fluidkanäle 152, 153 jeweils vollumfänglich umgibt. In diesem Sinne sind die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondierende Mündungen jedes Medienausgangs und jedes Fluidkanals separat, d. h. jeweils einzeln umschließend angeordnet. Sind das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegeneinander angedrückt bilden sie eine Axialdichtung, die die Fluidleitungen 116, 117 in dem Dosierkopf voneinander fluidisch isoliert in die zwei Fluidkanä len 152, 153 fortsetzt.
Das Anschlussstück 150 dient als Adapter zwischen dem Ausgabeterminal 114 und einem Verbindungselement (nicht dargestellt). Es hat verschiedene stufen förmig abgesetzte Außenquerschnitte 162, 163 zur Aufnahme unterschiedlicher Verbindungselemente. Das Anschlussstück 150 kann daher als Universaladap ter bezeichnet werden, wobei die verschiedenen Außenquerschnitte 162, 163 eine Universalaufnahme bilden. Als Dichtelement zwischen dem Anschlussstück 150 und dem Verbindungselement dienen jeweils komplementäre konische Dichtflächen 164, 165. Der Konus der Dichtflächen des Anschlussstücks 150 und des Verbindungselements ist so ausgebildet, dass das Verbindungselement kraftschlüssig auf oder in der jeweiligen Aufnahme fixiert ist. Zusätzlich ist je dem Außenquerschnitt auch noch ein Rastelement in Form einer Ringnut 166, 167 zugeordnet, das mit einem komplementären Rastelement in Form einer innenliegenden Ringwulst an dem Verbindungselement der Gestalt zusammen wirkt, dass das Verbindungselement im verbundenen Zustand formschlüssig an dem Anschlussstück 150 gehalten wird.
Das Verriegelungselement 170 weist gemäß Figur 6 vier sich entlang der Füh rungslinie 172 quer zur Einsteckrichtung 156 erstreckende, vier parallele Kanten eines rechteckigen Quaders aufspannende Riegel 174, 175, 176, 177 auf. Das Ausgabeterminal 114 umfasst vier hierzu jeweils korrespondierende Führungen in Form von Führungskanälen 136, in der die Riegel 174, 175, 176, 177 entlang der Führungslinie 172 zwischen einer Verriegelungsstellung, einer Freigabestel lung und einer Auswurfstellung translatorisch bewegbar, also verschiebbar geführt sind.
Zwei der vier Riegel 174, 175 definieren eine erste Ebene senkrecht zur Ein steckrichtung 156, die bezogen auf die Einsteckrichtung 156 dem Anschluss stück 150 zugewandt ist. In der Verriegelungsstellung greifen die zwei die erste Ebene definierenden Riegel 174, 175 in die im eingesteckten Zustand korres pondierenden Führungsnuten 158 in der Außenwand des Flohlzylinders 153 des Anschlussstücks 150 ein, wodurch das Verriegelungselement 170 das An schlussstück 150 arretiert. Die beiden anderen der vier Riegel 176, 177 definie ren eine zweite Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung 156, die bezogen auf die Einsteckrichtung 156 dem Dosierkopf 110 zugewandt ist.
Die zwei die erste Ebene definierenden Riegel 174, 175 weisen jeweils einen in Einsteckrichtung 156 hervorstehenden Andrücknocken 178 und jeweils eine Freimachung 180 für den Flohlzylinder 155 des Anschlussstückes 150 auf. Die Andrücknocken 178 greifen in der Verriegelungsstellung an den nach unten weisenden Flächen 159 der Führungsnuten 158 an, die eine Flinterschneidung bilden. Die Andrücknocken 178 sind so ausgeprägt, dass sie durch eine Krafteinleitung in Einsteckrichtung über die Flächen 159 bzw. Hinterschneidung in das Anschlussstück 150 die Dichtfläche 160 des Anschlussstücks 150 unter elastischer Verformung der Elastomer-Scheibe gegen das Ausgabeterminal 114 andrückt. Auf diese Weise wird das Anschlussstück 150 fluiddicht an das Aus gabeterminal 114 gekoppelt.
Die zwei die zweite Ebene definierenden Riegel 176, 177 weisen jeweils einen entgegen der Einsteckrichtung 156 hervorstehenden Auswurfnocken 179 auf. Die Andrücknocken 178 und die Auswurfnocken 179 sind entlang der Führungs linie 172 versetzt zueinander angeordnet. Die Auswurfnocken 179 sind so aus geprägt, dass sie in ähnlicher Weise wie die Andrücknocken 178 an der nach oben weisenden Stirnfläche 161 des Anschlussstücks 150 angreifen, wenn das Verriegelungselement 170 in die Auswurfstellung überführt wird. Dabei leiten die Auswurfnocken 179 eine entgegen der Einsteckrichtung 156 gerichtete Kraft in das Anschlussstück 150 ein, die es entgegen der Einsteckrichtung 156 bewegt. Damit das Anschlussstück 150 dabei abgeworfen werden kann, geben die Frei machungen 180 den Schaft bzw. den Hohlzylinder 155 des Anschlussstückes 150 in der Auswurfstellung frei.
Das in Figur 7 gezeigte Anschlussstück 250 weist zwei zunächst fluidisch ge trennte Fluidkanäle 252, 253 auf, wobei im eingesteckten Zustand jeder Fluid kanal 252, 253 des Anschlussstücks 250 mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommuniziert. Das Anschlussstück 250 ist bezüglich der Verbindungsstruktur 254, des Hohlzylinders 255, der Füh rungsnuten 258, der Hinterschneidung 259, der Dichtfläche 260, der nach oben weisenden Stirnfläche 261, der stufenförmig abgesetzten Außenquerschnitte 262, 263, der konischen Dichtflächen 264, 265 und der Ringnuten 266, 267 identisch ausgebildet wie das Anschlussstück 150. Es unterscheidet sich dadurch, dass es in seinem unteren Abschnitt stromabwärts im Anschluss an die Fluidkanäle 252, 253 eine Mischstruktur 268 als integriertes Funktionsele- ment aufweist. Die Mischstruktur ist diesem Beispielfall als sogenannter Kenics- Mischer ausgebildet.
Das in Figur 8 gezeigte Anschlussstück 350 ist bezüglich der Fluidkanäle 352, 353, der Verbindungsstruktur 354, des Flohlzylinders 355, der Führungsnuten 358, der Flinterschneidung 359, der Dichtfläche 360, der nach oben weisenden Stirnfläche 361, der stufenförmig abgesetzten Außenquerschnitte 362, 363, der konischen Dichtflächen 364, 365, der Ringnuten 366, 367 und der Mischstruktur 368 identisch ausgebildet wie das Anschlussstück 250. Es unterscheidet sich dadurch, dass es benachbart zu den Fluidkanälen 352, 353 und in Teilen zu der Mischstruktur 368 als zweites integriertes Funktionselement ferner einen Tem peratursensor 369 aufweist.
Das in Figur 9 gezeigte Anschlussstück 1050 weist wieder zwei durchgehend fluidisch getrennte Fluidkanäle 1052, 1053 auf, die im eingesteckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommunizieren. Die Verbindungsstruktur 1054, des Hohlzylinders 1055 und der der Führungsnuten 1058, sowie der Dichtfläche 1060 ist identisch mit denen der beiden vorausgegangenen Beispiele gemäß Figuren 7 und 8. Das Anschluss stück 1050 unterscheidet sich von diesen bezüglich der Aufnahme 1068, die hier als sogenannter Luer-Konus ausgebildet ist und zur Aufnahme für bei spielsweise eine Dosiernadel 1070 als Verbindungselement geeignet ist, wie in Figur 10 dargestellt ist.
Das in Figur 11 gezeigte Anschlussstück 1250 weist abermals eine identische Verbindungsstruktur 1254 wie alle vorstehend beschriebenen Beispiele auf. Im Unterschied zu diesen weist es nur einen Fluidkanal 1252 auf, der im einge steckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabetermi nals 114 fluidisch kommuniziert. Das Anschlussstück 1250 unterscheidet sich ferner erneut bezüglich der Aufnahme 1268, die hier zur Aufnahme von Kapilla ren 1272 als Verbindungselement ausgebildet ist.
Das in Figur 12 gezeigte Anschlussstück 1350 weist wieder eine identische Verbindungsstruktur 1354 wie alle vorstehend beschriebenen Beispiele auf. Es weist auch wieder zwei durchgehend fluidisch getrennte Fluidkanäle 1352, 1353 auf, die im eingesteckten Zustand mit einem der Medienausgänge 118, 119 des Ausgabeterminals 114 fluidisch kommunizieren. Im Unterschied zu den anderen Beispielen unterscheidet es sich erneut bezüglich der Aufnahme 1368, die hier zur Aufnahme einer Elastomerdichtung 1374 als Dichtelement und eines Zent rierelements in Form eines hohlzylinderförmigen Zentrierstiftes 1376 ausgebildet ist. Wie in Figur 13 zu sehen ist, wird das Anschlussstück 1350 mit der Elastomerdichtung 1374 auf die Oberfläche einer mikrofluidischen Kartusche 1380 fluiddicht aufgesetzt, wobei der Stifte 1376 eine genaue Ausrichtung der Mündungen der Fluidkanäle 1352, 1353 zu den Fluideingängen in der Kartusche sicherstellt.
Bezugszeichenliste
Dosiersystem
Dosierkopf
Substrat
Ausgabeterminal
Fluidleitung
Fluidleitung
Medienausgang
Medienausgang
Verbindungsstruktur
Zylinderbohrung
Zentrierzapfen
Ringspalt
Zentrierkonus
Führungskanal
Ausnehmung
Anschlussstück
Fluidkanal
Fluidkanal
Verbindungsstruktur
Flohlzylinder
Einsteckrichtung
Führungsnut
Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung
Dichtfläche nach oben weisende Stirnfläche Außenquerschnitt Außenquerschnitt Dichtfläche Dichtfläche Ringnut Ringnut Verriegelungselement Führungslinie Riegel Riegel Riegel Riegel Andrücknocken Auswurfnocken Freimachung Anschlussstück Fluidkanal Fluidkanal Verbindungsstruktur Flohlzylinders Führungsnut Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung Dichtfläche nach oben weisende Stirnfläche Außenquerschnitt Außenquerschnitt Dichtfläche 65 Dichtfläche 66 Ringnut 67 Ringnut 68 Mischstruktur 50 Anschlussstück 52 Fluidkanal 53 Fluidkanal 54 Verbindungsstruktur 55 Flohlzylinder 58 Führungsnut 59 Nach unten weisende Fläche, Flinterschneidung 60 Dichtfläche 61 nach oben weisende Stirnfläche 62 Außenquerschnitt 63 Außenquerschnitt 64 Dichtfläche 65 Dichtfläche
366 Ringnut
367 Ringnut
368 Mischstruktur
369 Temperatursensor
1050 Anschlussstück
1052 Fluidkanal
1053 Fluidkanal
1054 Verbindungsstruktur
1055 Hohlzylinder 1058 Führungsnut 1060 Dichtfläche
1068 Aufnahme, Luer-Konus
1070 Dosiernadel
1250 Anschlussstück
1252 Fluidkanal
1254 Verbindungsstruktur
1268 Aufnahme
1272 Kapillare
1350 Anschlussstück
1352 Fluidkanal
1353 Fluidkanal
1354 Verbindungsstruktur
1355 Flohlzylinder 1358 Führungsnut 1360 Dichtfläche 1368 Aufnahme 1374 Dichtelement, Elastomerdichtung 1376 Zentrierelement, Zentrierstift 1380 mikrofluidische Kartusche

Claims

Patentansprüche
1. Dosiersystem (100) mit einem Dosierkopf (110) zur Aufnahme und Dosie rung eines Mediums und wenigstens einem Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350), wobei der Dosierkopf (110) einen Medienzugang, ein oder mehrere Aus gabeterminals (114) mit jeweils einem Medienausgang (118, 119) und den Medienzugang mit dem Medienausgang (118, 119) des einen oder den Medienausgängen (118, 119) der mehreren Ausgabeterminals (114) ver bindende Fluidleitungen (116, 117) aufweist, wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals (114) jeweils eine Verbindungsstruktur (130) zur Aufnahme und ein Verriegelungselement (170) zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück (150) auf weist, wobei das Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) einen Fluid kanal (152, 153, 252, 253, 352, 353, 1052, 1053, 1252, 1352, 1353) und eine Verbindungsstruktur (154, 254, 354, 1054, 1254, 1354) aufweist, wobei die Verbindungsstruktur (130) des Ausgabeterminals (114) und die Verbindungsstruktur (154, 254, 354, 1054, 1254, 1354) des Anschluss stücks (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) in einer Einsteckrichtung (156) ineinander steckbar sind und im eingesteckten Zustand der Fluidkanal (152, 153, 252, 253, 352, 353, 1052, 1053, 1252, 1352, 1353) und der Me dienausgang (118, 119) fluidisch kommunizieren, wobei das Verriegelungselement (170) in und/oder an dem Ausgabetermi nal (114) aus einer Verriegelungsstellung in eine Freigabestellung und um gekehrt überführbar angeordnet ist, und wobei das Verriegelungselement (170) in der Verriegelungsstellung das Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) im eingesteckten Zustand arretiert und in der Freigabestellung freigibt.
2. Dosiersystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (170) in und/oder an dem Ausgabeterminal (114) aus der Freigabestellung in eine Auswurfstellung überführbar ange ordnet ist, wobei das Verriegelungselement (170) ein Auswurfmittel um fasst, das eingerichtet ist das Anschlussstück (150) beim Überführen in die Auswurfstellung entgegen der Einsteckrichtung (156) zu bewegen.
3. Dosiersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabeterminal (114) ein erstes Dichtelement und das An schlussstück (150) ein zweites Dichtelement aufweisen, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegen einander angedrückt sind.
4. Dosiersystem (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondierende Mündungen des Medienausgangs (118, 119) und des Fluidkanals (152, 153) umschlie ßend angeordnet sind.
5. Dosiersystem (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Dichtelemente in Einsteckrichtung (156) axial wirkende Dichtelemente sind.
6. Dosiersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (154) des Anschlussstücks (150) einen zylin derförmigen Schaft und die Verbindungsstruktur (130) des Ausgabetermi- nals (114) eine korrespondierende Zylinderbohrung (131) umfassen, in die der Schaft einsteckbar ist.
7. Dosiersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (170) entlang einer Führungslinie (172) quer zur Einsteckrichtung (156) zwischen der Verriegelungsstellung und der Freigabestellung verschiebbar geführt ist
8. Dosiersystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (170) wenigstens zwei sich entlang der Führungslinie erstreckende Riegel (174, 175, 176, 177) und das Ausgabe terminal (114) wenigstens zwei jeweils korrespondierende Führungen um fassen, in der die Riegel (174, 175) verschiebbar geführt sind.
9. Dosiersystem (100) nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Riegel (174, 175, 176, 177) in der Verriege lungsstellung den Schaft gabelartig umgreifend angeordnet sind.
10. Dosiersystem (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (154) des Anschlussstücks (150) eine Hin- terschneidung (159) aufweist und wenigstens ein Riegel (174, 175, 176, 177) in der Verriegelungsstellung an der Flinterschneidung (159) angrei fend angeordnet ist.
11. Dosiersystem (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Riegel (174, 175, 176, 177) einen in Einsteckrichtung (156) hervorstehenden Andrücknocken (178) aufweist, der in der Verriege lungsstellung an der Hinterschneidung (159) angreift.
12. Dosiersystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Riegel (174, 175, 176, 177) einen entgegen der Ein steckrichtung (156) hervorstehenden Auswurfnocken (179) aufweist, der das Auswurfmittel bildet.
13. Dosiersystem (100) nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Andrücknocken (178) und der Auswurfnocken (179) entlang der Führungslinie (172) versetzt zueinander angeordnet sind.
14. Dosiersystem (100) nach einem der Ansprüche Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (170) vier sich entlang der Führungslinie (172) erstreckende, vier parallele Kanten eines rechteckigen Quaders auf spannende Riegel (174, 175, 176, 177) und das Ausgabeterminal (114) vier jeweils korrespondierende Führungen umfassen, in der die Riegel (174, 175, 176, 177) verschiebbar geführt sind.
15. Dosiersystem (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der vier Riegel (174, 175) eine erste Ebene senkrecht zur Ein steckrichtung (156) definieren und die beiden anderen der vier Riegel (176, 177) eine zweite Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung (156) definieren, wobei die erste Ebene bezogen auf die Einsteckrichtung (156) dem An- schlussstück (150) zugewandt ist und davon beabstandet die zweite Ebene dem Dosierkopf (110) zugewandt ist.
16. Dosiersystem (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei die erste Ebene definierenden Riegel (174, 175) jeweils ei nen in Einsteckrichtung (156) hervorstehenden Andrücknocken (178) auf weisen und dass die zwei die zweite Ebene definierenden Riegel (176, 177) jeweils einen entgegen der Einsteckrichtung (156) hervorstehenden Auswurfnocken (179) aufweisen.
17. Dosiersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (150) auf einer der Verbindungsstruktur (154) des Anschlussstücks (150) abgewandten Seite eine Universalaufnahme aufweist, die eingerichtet ist, wenigstens zwei Verbindungselemente mit unterschiedlicher Anschlussstruktur aufzunehmen.
18. Dosiersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Ausgabeterminals (114) jeweils wenigs tens zwei fluidisch getrennten Medienausgänge (118, 119) aufweisen und dass das Anschlussstück (150) wenigstens zwei fluidisch getrennte Fluidkanäle (152, 153) aufweist, wobei im eingesteckten Zustand jeder der wenigstens zwei Fluidkänale (152, 153) mit jeweils einem der wenigstens zwei Medienausgänge (118, 119) fluidisch kommuniziert.
19. Dosiersystem (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabeterminal (114) ein erstes Dichtelement und das An schlussstück (150) ein zweites Dichtelement aufweisen, wobei das erste und das zweite Dichtelement in der Verriegelungsstellung fluiddicht gegen einander angedrückt sind, und dass die ersten und zweiten Dichtelemente korrespondierende Mündungen jedes Medienausgangs (118, 119) der wenigstens zwei Medienausgänge (118, 119) und jedes Fluidkanals der wenigstens zwei Fluidkänale (152, 152) separat umschließend angeordnet sind.
20. Dosiersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (150) ein in den Fluidkanal (152, 153) integriertes Funktionselement, insbesondere ein aktiv ansteuerbares Element, zum Manipulieren und/oder Detektieren des Mediums, eine passive Mischstruk tur, einen aktivierbaren Mischer, eine Fleizeinrichtung, eine Kühleinrich tung, einen passiven oder ansteuerbaren Magneten, einen Temperatur sensor, eine Elektrode oder ein Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosierkopf (110), aufweist.
21. Dosierkopf (110) zur Aufnahme und Dosierung eines Mediums mit einem Medienzugang, einem oder mehreren Ausgabeterminals (114) mit einem Medienausgang (118, 119) und den Medienzugang mit dem Medienaus gang (118, 119) des einen oder den Medienausgängen (118, 119) der mehreren Ausgabeterminals (114) verbindende Fluidleitungen (116, 117), wobei das eine oder die mehreren Ausgabeterminals (114) jeweils eine Verbindungsstruktur (130) zur Aufnahme und ein Verriegelungselement (170) zur lösbaren Fixierung von jeweils einem Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) aufweisen, wobei die Verbindungsstruktur (130) eingerichtet ist das Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) in einer Einsteckrichtung (156) aufzu nehmen, wobei das Verriegelungselement (170) in dem Ausgabeterminal (114) ent lang einer Führungslinie (172) quer zur Einsteckrichtung (156) zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Freigabestellung verschiebbar ge führt ist.
22. Anschlussstück (150, 250, 350, 1050, 1250, 1350) mit einem Fluidkanal (152, 153, 252, 253, 352, 353, 1052, 1053, 1252, 1352, 1353), einer Ver bindungsstruktur (154, 254, 354, 1054, 1254, 1354) zur Verbindung mit ei nem Ausgabeterminal (114) eines Dosierkopfes (110) und einem Dich telement zur fluiddichtien Aufnahme eines Verbindungselementes, ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Pipettenspitze, Kapillare (1272), Do siernadel (1070), Kanüle, Luer-Verbinder, Kanalmündung mit Dichtelement (1374), Düse und mikrofluidischer Kopfadapter.
23. Anschlussstück (150) nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch ein in den Fluidkanal (152, 153, 252, 253, 352, 353, 1052, 1053, 1252, 1352, 1353) integriertes Funktionselement, insbesondere ein aktiv ansteu erbares Element, zum Manipulieren und/oder Detektieren des Mediums, eine passive Mischstruktur (368), einen aktivierbaren Mischer, eine Heiz einrichtung, eine Kühleinrichtung, einen passiven oder ansteuerbaren Magneten, einen Temperatursensor (369), eine Elektrode oder ein Mittel zum Zurückhalten eines Zuflusses von Fluiden aus der mikrofluidischen Kartusche in den Dosierkopf (110).
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